تاثیر تغییرات دمای ناشی از آتش سوزی و سرد شدن بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی سنگ تراورتن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی معدن، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین

چکیده

سنگ‌ها در مواردی از قبیل انفجار و آتش‎سوزی تحت حرارت قابل توجهی قرار می‌گیرند و با خاموش‎کردن آتش سرد می‌شوند و فرآیند گرمایش-سرمایش اتفاق می‌افتد. در این مقاله، هدف بررسی اثر دما در یک بازه گرمایش- سرمایش بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی سنگ تراورتن  است. از آنجا که سنگ تراورتن در ایران استفاده فراوانی در نمای ساختمان‌ها دارد، به عنوان ماده مورد مطالعه انتخاب و تحقیق بر روی سه نوع سنگ تراورتن (تراورتن B، تراورتن D و تراورتن R) انجام شد. تخلخل موثر و  نفوذپذیری در دمای 25 درجه سانتی‎گراد برای تراورتنB، بیشتر از تراورتن D و تراورتنD ، بیشتر از تراورتن R است. هم‎چنین سرعت امواج طولی، مقاومت کششی و مقاومت تراکم تک‎محوری در دمای 25درجه سانتی‎گراد برای تراورتنB  ،کمتر از تراورتن D و تراورتن D ، کمتر از تراورتن R است. در مرحله گرمایش در یک دوره گرمایش-سرمایش، آزمایش روی نمونه‌هایی که در معرض دمای 150، 300، 500 و800 درجه سانتی‎گراد قرار داده و سپس در دمای محیطی، به‎تدریج سرد شده‎اند، انجام شد. یک سری آزمایش نیز روی نمونه‌هایی که دوره گرمایش- سرمایش را تحمل نکرده‎اند، اجرا شد. این مقاله به بررسی اثر فرآیند گرمایش- سرمایش برخواص فیزیکی آن شامل تخلخل موثر، سرعت امواج طولی و نفوذپذیری و خواص مکانیکی آن شامل مقاومت کششی و مقاومت تراکمی تک‏محوری می‏پردازد.  نتایج نشان‎داد که در اثر افزایش دما، تخلخل موثر و نفوذپذیری، افزایش، و سرعت امواج طولی، مقاومت کششی و مقاومت تراکمی تک‎محوری کاهش می‎یابد. بیشترین افزایش تخلخل موثر و نفوذپذیری در اثر افزایش دما، مربوط به تراورتنB وکمترین افزایش، مربوط به تراورتنR است. بیشترین کاهش سرعت امواج طولی، مقاومت کششی و مقاومت تراکم تک‎محوری در اثر افزایش دما، مربوط به تراورتن B و کمترین کاهش، مربوط به تراورتن R است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Influence of Temperature Changes Caused by Firing and Cooling on the Physical and Mechanical Properties of Travertine

نویسندگان [English]

  • M. Hosseini 1
  • D. Fakhri 2
1 Associate Professor, Dept. of Mmining Engineering, Imam Khomeini International university, Qazvin, Iran
2 M.Sc Student, Dept. of Mmining Engineering, Imam Khomeini International university, Qazvin, Iran
چکیده [English]

In the case of explosions and fires, the rocks undergo cycles of heating and cooling, that is, they are exposed to considerable heat first and then cooled after extinguishing the fire. The purpose of this paper is to study how the temperature in a heating-cooling cycle can affect the physical and mechanical properties of travertine. In Iran, travertine stone is widely used for building facades, so travertine was chosen as the material of study. In this study, three types of travertine (Travertine B, Travertine D and Travertine R) were studied. The effective porosity and permeability at 25 °C for Travertine B is greater than Travertine D and Travertine D is greater than Travertine R. Also, the longitudinal wave velocity, tensile strength and uniaxial compressive strength at 25 °C for Travertine B are lower than Travertine D and Travertine D is lower than Travertine R. During the heating phase in a heating-cooling cycle, experiments were performed on specimens that were initially exposed to temperatures of 150, 300, 500 and 800 °C and then cooled gradually to ambient temperature. A series of experiments were performed on specimens that were not exposed to a heating-cooling cycle. This paper investigates the effect of the heating-cooling process on its physical properties including effective porosity, longitudinal wave velocity and permeability, and its mechanical properties including tensile strength and uniaxial compressive strength. The results showed that as the temperature increases, the effective porosity and permeability increased and the longitudinal wave velocity, tensile strength and uniaxial compressive strength decreased. The highest increase in effective porosity and permeability due to increasing temperature was related to travertine B and the lowest increase was related to travertine R. The highest decrease in longitudinal wave velocity, tensile strength, and uniaxial compressive strength due to increasing temperature was related to travertine B and the lowest decrease was related to travertine R.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Physical properties
  • Mechanical properties
  • Fire
  • Travertine
  • Building stone

مراجع

[1]     Xu, X. L., Kang, Z. X., Ji, M., Ge, W. X., and Chen, J. (2009). “Research of microcosmic mechanism of brittle-plastic transition for granite under high temperature”. Procedia Earth and Planetary Science, 1: 432-437.
[2]     Keshavarz, M., Pellet, F., and Loret, B. (2010). “Damage and changes in mechanical properties of a gabbro thermally loaded up to 1000°C”. Pure and Applied Geophysics, 167: 1511-1523.
[3]     Luo, J. A., and Wang, L. (2011). “High-temperature mechanical properties of mudstone in the process of underground coal gasification”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 44: 749-754.
[4]     Dwivedi, R. D., Goel, R. K., Prasad, V. V. R., and Sinha, A. (2008). “Thermo- mechanical properties of Indian and other granites”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45: 303-315.
[5]     Liang. W., Xu, S., and Zhao, Y. (2006). “Experimental study of temperature effects on physical and mechanical characteristics of salt rock”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 39: 469-482.
[6]     Qiu, Y. P., and Lin, Z. Y. (2006). “Testing study on damage of granite samples after high temperature”. Rock and Soil Mechanics, 27: 1005-1010.
[7]     Koca, M. Y., Ozden, G., Yavuz, A. B., Kincal, C., Onargan, T., and Kucuk, K. (2006). “Changes in the engineering properties of marble in fire- exposed columns”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43: 520-530.
[8]     Ranjith, P. G., Viete, D. R., Chen, B. J., and Perera, M. S. A. (2012). “Transformation plasticity and the effect of temperature on the mechanical behavior of Hawkesbury sandstone at atmospheric pressure”. Engineering Geology, 151: 120-127.
[9]     Sriapai, T., Walsri, C., and Fuenkajorn, K. (2012). “Effects of temperature on compressive and tensile strengths of salt”. ScienceAsia, 38: 166-174.
[10]  Chen, Y. L., Ni, J., Shao, W., and Azzam, R. (2012). “Experimental study on the influence of temperature on the mechanical properties of granite under uni-axial compression and fatigue loading”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 56: 62-66.
[11]  Broto´ns, V., Alarco´n, J. C., Toma´s, R., and Ivorra, S. (2013). “Temperature influence on the physical and mechanical properties of a porous rock: San Julians calcarenite”. Engineering Geology, 167: 117-127.
[12]  Zhang, L., Mao, X., Liu, R., Guo, X., and Ma, D. (2014). “The mechanical properties of mudstone at high temperatures: an experimental study”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 47: 1479-1484.
[13]  Lü, C., Sun, Q., Zhang, W., Geng, J., Qi, Y., and Lu, L. (2017). “The effect of high temperature on tensile strength of sandstone”. Applied Thermal Engineering, 111: 573-579.
[14]  Hosseini, M. (2017). “Effect of temperature as well as heating and cooling cycles on rock properties”. Journal of Mining and Environment, 8(4): 631-644.
[15]  Hosseini, M., and Khodayari, A. R. (2018). “Effects of temperature and confining pressure on mode II fracture toughness of rocks (Case study: Lushan Sandstone)”. Journal of Mining and Environment, 9(2): 379-391.
[16]  Biró, A., Hlavička, V., and Lublóy, É. (2019). “Effect of fire-related temperatures on natural stones”. Construction and Building Materials, 212: 92-101.
[17]  Kim, K., Kemeny, J., and Nickerson, M. (2014). “Effect of rapid thermal cooling on mechanical rock properties”. Rock Mechanics and Rock Engineering, 47: 2005-2019.
[18]  ISRM, (2007). “In: Ulusay, Hudson (Eds.), Suggested methods prepared by the commission on testing methods, International Society for Rock Mechanics”. ISRM Turkish National Group, Ankara, Turkey, pp. 628.
[19]   Boulin, P. F., Bretonnier, P., Gland, N., and Lombard, J. M. (2012). “Contribution of the steady state method to water permeability measurement in very low permeability porous media”. Oil & Gas Science and Technology–Revue d’IFP Energies nouvelles, 67(3): 387-401.
[20]  حسینی، م.، فخری، د.؛ 1397؛"اثر فرآیندهای یخبندان- ذوب و گرمایش– سرمایش بر نفوذپذیری ماسه سنگ لوشان".نشریه مهندسی منابع معدنی، دوره سوم، شماره 4، ص70-57.
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 23 آبان 1398
  • تاریخ بازنگری: 19 خرداد 1399
  • تاریخ پذیرش: 18 دی 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار